視頻監(jiān)控的需求起源和發(fā)展趨勢
視頻監(jiān)控起始于一種局域范圍的業(yè)務(wù)需求，最早是把模擬攝像機與模擬顯示器直接連接，眼睛盯著顯示器看，同時手里移動攝像機，這就構(gòu)成了視頻監(jiān)控中的兩種最最基本的業(yè)務(wù)形態(tài)：“看”和“控”。后來視頻監(jiān)控作為安防領(lǐng)域的一個子系統(tǒng)，從單一的模擬“攝像機+顯示器”進化成一堆模擬攝像機經(jīng)過模擬線路、模擬矩陣投到監(jiān)控室的顯示屏組上，以及通過云臺和鍵盤反向控制攝像機，形成視頻監(jiān)控的早期標準形態(tài)，其實主要還是監(jiān)“看”和“控”制。 “存”的業(yè)務(wù)需求出現(xiàn)，把業(yè)務(wù)模式從眼睛盯著屏幕看推進到把連續(xù)的圖像記錄下來，有事件的時候進行翻查，極大的擴展了視頻監(jiān)控系統(tǒng)的可用性。“存”的業(yè)務(wù)在早期模擬時代受限于存儲介質(zhì)，應(yīng)用不是很方便，還不是主體業(yè)務(wù)，而到了硬盤錄像機DVR出現(xiàn)后，就逐漸成為視頻監(jiān)控的主體業(yè)務(wù)了。
而當視頻監(jiān)控規(guī)模進一步擴大的時候，兩個新的業(yè)務(wù)需求逐漸浮現(xiàn)：“管”和“用”。一方面，大量的前端硬件資源通過人工進行管理的成本已經(jīng)太高，必須基于某種技術(shù)手段實現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)中心端對前端攝像頭、編碼器、硬盤錄像機等設(shè)備的綜合管理，并進一步基于這種管理手段提高“控”的效率;另一方面，由于“存”的業(yè)務(wù)，大量的圖像資源被記錄下來，基于這些圖像資源的分析、對比、重組會衍生出無數(shù)的智能業(yè)務(wù)形態(tài)和大數(shù)據(jù)價值，稱之為“用”的業(yè)務(wù)?？偠灾?，視頻監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展至今，展望未來，所有的業(yè)務(wù)千變?nèi)f化，都脫不開“看控存管用”這五種最基本的業(yè)務(wù)元素。從基本業(yè)務(wù)的層面看視頻監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展走勢正是這五種業(yè)務(wù)元素從單一到多元、從簡單到復(fù)雜、從局域到廣域的內(nèi)在需求驅(qū)動所致。
用IP網(wǎng)絡(luò)作為視頻傳輸通道，基于NGN架構(gòu)將視頻監(jiān)控系統(tǒng)的各個部件部署并管理，將整個視頻監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)建成一個完整的大系統(tǒng)。由于在NGN架構(gòu)下，所有的部件和資源，包括前端、存儲、傳輸、顯示、控制都可以實現(xiàn)全網(wǎng)全域的管理和調(diào)度，因此對于“看控存管用”五大業(yè)務(wù)元素都可以很好的跨空間來實現(xiàn)，并且由于NGN架構(gòu)本身是脫胎于通訊大網(wǎng)的設(shè)計，采用控制和業(yè)務(wù)分離的模式，因此不會隨著系統(tǒng)規(guī)模的擴大而出現(xiàn)業(yè)務(wù)性能的瓶頸。
因此，IP網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控代表未來的發(fā)展方向。
超高清IP視頻監(jiān)控時代即將到來
就視頻監(jiān)控最最基本的“看”業(yè)務(wù)，其發(fā)展始終圍繞“看得見，看得清，看得懂”的邏輯向前發(fā)展。視頻監(jiān)控前端采集產(chǎn)品IP網(wǎng)絡(luò)攝像機的清晰度從100萬、200萬到300萬、500萬甚至800萬像素，超高清晰度正一步一步向我們走來。在一些大型監(jiān)控建設(shè)項目使用1080P全高清IP網(wǎng)絡(luò)攝像機的時候，已經(jīng)有一些領(lǐng)先廠家推出了300萬和500萬像素的超高清IP網(wǎng)絡(luò)攝像機。以500萬攝像機為例，由于500萬像素機型分辨率達到2560×1920，這相比200萬像素的1920×1080，其水平清晰度從1050線提升到了1450線以上，使得視頻觀感滿意度大幅提升(如圖1-4)。
圖1 200萬像素清晰度測試
圖2 500萬像素清晰度測試
圖3 同樣視場角下200萬攝像機拍攝
圖4 同樣視場角下500萬攝像機拍攝
同時，對滿足于現(xiàn)有清晰度的用戶，超高清視頻監(jiān)控的重大意義還在于與1080P同清晰度的情況下，監(jiān)控視場角度更大，監(jiān)控范圍得到了大幅度提升(如圖5)。
圖5 相同分辨率下720P高清/1080P全高清/500萬超高清攝像機拍攝視場角度對比
H.265超高清IP系統(tǒng)解決方案：成就價值，定義未來
由于前端視頻采集分辨率的大幅度提升，監(jiān)控攝像機的瓶頸主要集中在視頻處理和壓縮編解碼技術(shù)上。電影電視行業(yè)只注重畫質(zhì)卻不太注重編解碼效率，而監(jiān)控攝像機完全不同，在大幅提升畫質(zhì)的同時，需要編解碼碼率和延遲越小越好，這樣才能確保監(jiān)控視頻畫面具有實時性，以便在出現(xiàn)緊急事件時做出快速響應(yīng)，同時清晰地記錄下重要的視頻資料。
當前行業(yè)普遍采用的H.264/AVC壓縮后的碼率還是難以滿足人們對于超高清視頻的愿望，主流廠家一般采用H.264 High Profile壓縮編碼，500萬@30fps視頻使用該等級編碼需要6~10Mbps，而很多廠家仍然在用H.264 Baseline Profile低等級壓縮編碼，1080P@30f在該等級壓縮編碼下就需要4~6Mbps。顯然，在人們對硬盤和網(wǎng)絡(luò)帶寬都不想做更多投入的情況下，超高清攝像機需要具有更高壓縮效率的壓縮編碼技術(shù)才能夠被大眾所接受。2013年4月被國際電聯(lián)批準的H.265/HEVC壓縮編碼技術(shù)標準把壓縮率提升到了一個新的高度，從理論上來說，在同樣畫質(zhì)下H.265/HEVC比H.264/AVC可降低50%以上的碼率。這對于超高清視頻監(jiān)控的產(chǎn)業(yè)化和實用化有重要意義，H.265/HEVC會給我們帶來全新的感受。
2014年9月，筆者公司基于H.265/HEVC標準推出業(yè)界第一顆超高清IP網(wǎng)絡(luò)攝像機處理器Hi3516A(如圖6)。該Hi3516A處理器采用先進的H.265/HEVC算法，改善了H.265/HEVC標準固有的圖像振鈴效應(yīng)，極大減少了大運動場景下的拖尾現(xiàn)象和塊效應(yīng)，并在保持與H.264/AVC相同的圖像畫質(zhì)下編碼碼流降低50%。同時，Hi3516A靈活的高性能ARM Cortex-A7處理器配合筆者公司第二代智能分析協(xié)處理單元IVE2.0，提供周界防范、人臉識別等多達40種智能分析應(yīng)用。其真正的基于行曝光模式多幀合成WDR和第三代3D降噪技術(shù)，即使在惡劣的光照環(huán)境下也可提供出色的圖像質(zhì)量。Hi3516A最高支持500萬超高清像素實時視頻編碼，并采用海思先進的網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)，可實現(xiàn)低于100ms的網(wǎng)傳延遲。
圖6 Hi3516A超高清IP網(wǎng)絡(luò)攝像機SoC處理器
對于視頻監(jiān)控行業(yè)應(yīng)用來說，只有前端超高清視頻采集設(shè)備是不能構(gòu)成整體超高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)的，需要有超高清視頻監(jiān)控后端存儲和顯示產(chǎn)品NVR的支持(見圖7)。
圖7 超高清IP視頻監(jiān)控系統(tǒng)組成
筆者公司將在2015年1月配套推出業(yè)界第一顆專業(yè)H.265/HEVC超高清視頻監(jiān)控存儲和顯示產(chǎn)品NVR處理器Hi3536。該Hi3536處理器采用高性能的視頻編解碼器，最高可實時解碼16路1080P H.265/HEVC視頻流或者4路4K H.265/HEVC視頻流，支持視頻以4K@60幀的速率顯示，或者同時支持多達9路1080P@30幀高清顯示輸出。同時，Hi3536靈活的高性能4核ARM Cortex-A17處理器(性能是同頻率Cortex-A9處理器的1.6倍)，主頻高達1.6GHz，同時集成一顆ARM頂級GPU——Mali T721，支持客戶實現(xiàn)各種完美的UI和智能相關(guān)輔助功能設(shè)計，并配合海思半導(dǎo)體自有的第二代智能分析協(xié)處理單元IVE2.0，提供周界防范、人臉識別等多達40種智能分析應(yīng)用。Hi3536集成多達4個SATA3.0接口，滿足超高清存儲需求，同時支持雙GMAC，網(wǎng)絡(luò)速率高達640Mbit/秒。
結(jié)語
對于視頻監(jiān)控應(yīng)用來說，存儲時長和容量成本一直是方案設(shè)計時需要反復(fù)權(quán)衡的關(guān)鍵矛盾之一。當大規(guī)模聯(lián)網(wǎng)模式和集中存儲方案開始推廣后，網(wǎng)絡(luò)帶寬的瓶頸也逐步浮現(xiàn)，尤其是超高清應(yīng)用的普及，更凸顯了這些問題，提高壓縮性能的需求日益迫切。與H.264/AVC相比，H.265/HEVC的最大本領(lǐng)是可以在維持畫質(zhì)基本不變的前提下，讓數(shù)據(jù)傳輸帶寬縮減至H.264/AVC的一半，同時其還支持最高為7680×4320的分辨率。因此不管是以后的4K或者是更高級別的超高清視頻，我們同樣可以通過H.265/HEVC格式進行編碼。
隨著筆者公司H.265/HEVC劃時代產(chǎn)品即Hi3516A與Hi3536處理器的上市，超高清的畫質(zhì)以及低帶寬的網(wǎng)絡(luò)傳輸、存儲與顯示得以實現(xiàn)，解決了高清化和網(wǎng)絡(luò)化帶來的業(yè)界公認的“帶寬、存儲、顯示”三大難題，必將引領(lǐng)整個視頻監(jiān)控產(chǎn)業(yè)進入一個新的發(fā)展時期。
筆者公司將持續(xù)致力于H.265/HEVC超高清IP視頻監(jiān)控市場的產(chǎn)品研發(fā)，并為行業(yè)內(nèi)客戶帶來融合先進技術(shù)、極具性價比的產(chǎn)品和整體解決方案，將與眾多客戶一起分享H.265/HEVC這一場行業(yè)的盛宴，一同成就視頻監(jiān)控新的價值。
(作者現(xiàn)任海思半導(dǎo)體有限公司芯片組市場部市場經(jīng)理)
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